三七熱風(fēng)干燥試驗(yàn)分析

區(qū)煥財(cái)，毛文菊，馮筱驍，張汝坤

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650201）

三七別名田七，為五加科人參屬植物，主要產(chǎn)于我國(guó)云南、廣西等地，已有四百多年的種植和應(yīng)用歷史?！侗静菥V目拾遺》一書(shū)中有“人參補(bǔ)氣第一，三七補(bǔ)血第一”的記載。此外根據(jù)臨床研究，三七有鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛、降血壓、降血脂、調(diào)節(jié)糖代謝、耐缺氧、保肝、抗衰老、抗腫瘤、抗炎、抗休克、抗貧血、抗心率失常等作用。

干燥作為保證三七品質(zhì)的重要措施，經(jīng)干燥的三七可保持藥用成分且不易變質(zhì)，干燥的好壞將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。從20世紀(jì)初開(kāi)始有對(duì)熱風(fēng)干燥理論的研究，由于熱風(fēng)干燥有操作方便，耗能低、可在常壓下操作等特點(diǎn)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中已十分普遍。對(duì)三七熱風(fēng)干燥進(jìn)行試驗(yàn)分析，在減低干燥能耗，提高干燥速率和三七干燥品質(zhì)方面有著重要的意義。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料與儀器

表1 試驗(yàn)儀器表

（1）試驗(yàn)材料。新鮮三七：云南文山2012年春三七（30頭），產(chǎn)自文山三七種植基地。

（2）試驗(yàn)儀器。

1.2 試驗(yàn)過(guò)程

（1）熱風(fēng)干燥試驗(yàn)設(shè)計(jì)。熱風(fēng)干燥三七分為兩種方式，即恒溫干燥和分階段控制溫度干燥，本次熱風(fēng)干燥試驗(yàn)因子為溫度、風(fēng)速、鋪排密度、間歇時(shí)間和加熱時(shí)間，取4個(gè)水平。下表為恒溫和分階段熱風(fēng)干燥試驗(yàn)因子水平表，如表2所示。

表2 間歇式熱風(fēng)干燥試驗(yàn)因子水平表

（2）新鮮三七的預(yù)處理和切片。購(gòu)買回來(lái)的新鮮三七首先用自來(lái)水進(jìn)行清洗，將三七表面上的泥土清除，然后用剪刀剪掉三七上的毛根和側(cè)根，最后將預(yù)處理后的三七切成厚度為3 m m的片塊，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求放在容器上，圖1為預(yù)處理后的片狀三七。

圖1 片狀三七

圖2 干燥圖

（3）試驗(yàn)方法。每組試驗(yàn)均用電子天平稱取100 g已經(jīng)切成片狀的三七，將其按照每組試驗(yàn)的鋪排密度均勻地平鋪在容器中，然后將容器放置于干燥試驗(yàn)室的電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，再根據(jù)試驗(yàn)組參數(shù)的要求設(shè)置好干燥箱的溫度，風(fēng)速和加熱時(shí)間，圖2為干燥箱干燥三七圖。

干燥過(guò)程中，根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案定時(shí)稱取三七質(zhì)量，并認(rèn)真記錄下試驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括質(zhì)量、溫度和干燥效果。

1.3 試驗(yàn)指標(biāo)測(cè)定

（1）干燥后質(zhì)量。待三七完成試驗(yàn)組干燥的加熱時(shí)間后，稱量各階段三七干燥后的質(zhì)量，并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（2）干燥后三七外觀。待三七試驗(yàn)組干燥結(jié)束后，觀察三七的外觀，如色澤、形態(tài)等，并做好記錄，圖3為干燥效果圖。

圖3 干燥效果圖圖

4 水分測(cè)定圖

（3）干燥后含水率。待完成三七的干燥試驗(yàn)后，將干燥后的片狀三七利用微量水分測(cè)定儀進(jìn)行水分的測(cè)定，記錄干燥后三七的含水量，圖4為水分測(cè)定圖。

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1 三七熱風(fēng)干燥指標(biāo)結(jié)果和分析表

表3 三七感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

三七間歇式熱風(fēng)干燥采用L 16(45)正交設(shè)計(jì)表，恒溫干燥和分階段干燥各做16次試驗(yàn)，三七達(dá)到安全含水率或以下（即失水率為87%）時(shí)停止干燥。下表為三七的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[9]和結(jié)果分析表。表中的K i表示各因素同一水平試驗(yàn)指標(biāo)之和；表示各因素同一水平試驗(yàn)指標(biāo)的平均數(shù)；R表示最大平均數(shù)與最小平均數(shù)的差值，用來(lái)反應(yīng)該因素水平變動(dòng)對(duì)試驗(yàn)的影響[10]。

表4 恒溫?zé)犸L(fēng)干燥結(jié)果和分析表

表5 分階段熱風(fēng)干燥結(jié)果和分析表

由三七熱風(fēng)干燥結(jié)果直觀分析表可以看出，影響三七恒溫干燥的主次因素排序?yàn)椋簻囟取L(fēng)速→密度或加熱時(shí)間或間歇時(shí)間；影響三七分階段干燥的主次因素排序?yàn)椋簻囟取L(fēng)速→間歇時(shí)間→密度或加熱時(shí)間。根據(jù)主要因素?fù)駜?yōu)選取，次要因素適合選取的原則，三七恒溫和分階段干燥的優(yōu)化方案如下表。

表6 恒溫和分階段最優(yōu)方案

2.2 干燥失水率分析

根據(jù)各個(gè)試驗(yàn)組每個(gè)階段時(shí)間干燥后的質(zhì)量，計(jì)算出三七各個(gè)試驗(yàn)組干燥時(shí)期失水率，其曲線圖如下。

圖5 恒溫干燥失水率（35℃）

圖6 分階段干燥失水率（初溫度35℃）

圖7 恒溫干燥失水率（40℃）

圖8 分階段干燥失水率（初溫度40℃）

圖9 恒溫干燥失水率（45℃）

圖10 分階段干燥失水率（初溫度45℃）

圖11 恒溫干燥失水率（50℃）

圖12 分階段干燥失水率（初溫度50℃）

從各試驗(yàn)組三七干燥失水率曲線圖可以看出：

（1）溫度和干燥時(shí)間的關(guān)系：隨著溫度的升高，干燥的時(shí)間不斷縮短。干燥溫度每升高5℃，三七的干燥時(shí)間就會(huì)縮短30～70 m i n。

（2）各試驗(yàn)組干燥時(shí)間比較：在同一溫度內(nèi)，分階段干燥的試驗(yàn)組比對(duì)應(yīng)的恒溫干燥試驗(yàn)組用時(shí)短，試驗(yàn)組干燥的時(shí)間排序基本一致。恒溫試驗(yàn)組和分階段試驗(yàn)組干燥時(shí)間最短的為16號(hào)試驗(yàn)組，干燥時(shí)間最長(zhǎng)的為2號(hào)試驗(yàn)組。

（3）三七干燥失水特點(diǎn)：各個(gè)試驗(yàn)組基本遵從了干燥特性曲線特點(diǎn)，即干燥的前段時(shí)間失水率的速率最大，然后干燥的速率慢慢的進(jìn)入恒速期和降速期，說(shuō)明了前段時(shí)間水分的蒸發(fā)比較容易，這部分水分主要是三七的機(jī)械結(jié)合水，后段時(shí)間水分的蒸發(fā)比較困難，因?yàn)榇藭r(shí)機(jī)械結(jié)合水慢慢蒸發(fā)結(jié)束，開(kāi)始蒸發(fā)三七內(nèi)部的物理結(jié)合水。

3 三七熱風(fēng)干燥優(yōu)化方案

經(jīng)過(guò)干燥失水率分析可知，分階段的干燥時(shí)間比恒溫干燥短，高溫度干燥的時(shí)間比低溫度干燥的時(shí)間短，通過(guò)綜合平衡法，考慮三七干燥耗能和干燥效率等問(wèn)題，熱風(fēng)干燥的優(yōu)化方案如表7所示。

表7 三七熱風(fēng)干燥優(yōu)化方案表

4 結(jié)語(yǔ)

在三七熱風(fēng)干燥試驗(yàn)和分析中，既發(fā)現(xiàn)了三七干燥物理變化的規(guī)律，也發(fā)現(xiàn)了試驗(yàn)過(guò)程中的不足之處。

（1）通過(guò)研究和分析熱風(fēng)干燥條件，提出三七熱風(fēng)干燥優(yōu)化方案。改善傳統(tǒng)晾曬三七工藝，解決因天氣原因而造成不能成功加工三七的問(wèn)題。

（2）通過(guò)科學(xué)分析和比較三七熱風(fēng)干燥失水率，指導(dǎo)三七熱風(fēng)干燥過(guò)程，提高三七干燥品質(zhì)，保證三七質(zhì)量。

（3）鑒于三七原料的珍貴性，試驗(yàn)采取三七片狀進(jìn)行干燥，試驗(yàn)提出的干燥優(yōu)化方案，不能完全適應(yīng)于實(shí)際生產(chǎn)加工中。因此，需要進(jìn)一步驗(yàn)證該優(yōu)化方案在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用情況。

（4）三七熱風(fēng)干燥試驗(yàn)還需要建立熱風(fēng)干燥數(shù)學(xué)模型，從定量的角度分析和研究三七熱風(fēng)干燥水分和內(nèi)部品質(zhì)變化情況。

（5）在熱風(fēng)干燥試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)新鮮三七需要在挖出后7天內(nèi)完成干燥加工，否則會(huì)造成三七發(fā)霉或腐爛變質(zhì)，直接影響三七干燥質(zhì)量。即使在實(shí)際生產(chǎn)中，挖掘出的生三七能及時(shí)得到加工，但找尋出延長(zhǎng)生三七保存時(shí)間的方法，對(duì)因外部因素降低生三七產(chǎn)量及不必要的浪費(fèi)有一定的幫助。

[1]魯振坤.淺析三七[J].中國(guó)現(xiàn)代中藥藥,2010,12(6):45-61.

[2]毛文菊,董哲等.三七干燥技術(shù)研究進(jìn)展[J].干燥技術(shù)與設(shè)備,2012,10(4):14-23.

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[6]周國(guó)燕,詹博等.不同干燥方法對(duì)三七內(nèi)部結(jié)構(gòu)和復(fù)水品質(zhì)的影響[J].食品科學(xué),2011,(32):44-46.

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[9]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T 19086—2008,地理標(biāo)志產(chǎn)品 文山三七[S].北京,國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,2008.

[10]胡傳榮,李云雁等.試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.